Sensoren für gelösten Sauerstoff messen molekularen Sauerstoff im Wasser und ermöglichen es AUVs, ROVs, USVs, Gleitbooten und Profiling-Systemen, Sauerstoffdaten über verschiedene Tiefen, Entfernungen und Zeiträume hinweg zu erfassen.
Auf dieser Seite werden Hersteller von Sensoren für gelösten Sauerstoff vorgestellt, die die ozeanografische Forschung, die Überwachung der Wasserqualität, die Erkennung von Sauerstoffmangel, die Aquakultur und die Bewertung von Ökosystemen unterstützen.
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Hydrografische und ozeanografische Ausrüstung für unbemannte und autonome Oberflächenfahrzeuge sowie Unterwasserfahrzeuge
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Sensoren für gelösten Sauerstoff (DO) messen die Menge an molekularem Sauerstoff im Wasser und liefern wichtige Daten für die Ozeanographie, die Umweltüberwachung, die Bewertung der Wasserqualität und die Erforschung aquatischer Ökosysteme. Auf unbemannten Plattformen kann ein Sensor für gelösten Sauerstoff ein autonomes oder ferngesteuertes Fahrzeug in ein mobiles System verwandeln, mit dem sich die Sauerstoffverhältnisse über Tiefe, Entfernung und Zeit hinweg kartieren lassen.
Sensor für gelösten Sauerstoff von AML Oceanographic
Zur Messung von gelöstem Sauerstoff können optische oder elektrochemische Technologien zum Einsatz kommen, die jeweils unterschiedliche Anforderungen hinsichtlich Stromversorgung, Kalibrierung, Wasserbewegung, Ansprechzeit und Wartung stellen. Die Messungen erfordern unter Umständen auch eine Kompensation von Temperatur, Salzgehalt und Druck. Die Auswahl des Sensors hängt von der Missionsdauer, der Plattformgröße, der Betriebsumgebung, der Ansprechzeit und der erforderlichen räumlichen Auflösung ab.
Zur Bestimmung des gelösten Sauerstoffs im Wasser kommen verschiedene Messprinzipien zum Einsatz. Welches davon am besten geeignet ist, hängt von der Einsatzumgebung, der erforderlichen Reaktionszeit, der Kalibrierungsstabilität und dem Wartungsaufwand ab.
Ein optischer Sensor für gelösten Sauerstoff nutzt einen sauerstoffempfindlichen Luminophor in einer Sensorschicht oder -kappe. Bei Anregung durch Licht ändert sich dessen Lumineszenz in Abhängigkeit vom Sauerstoffgehalt, wodurch der Sensor die Sauerstoffkonzentration berechnen kann. Da bei diesem Verfahren kein Sauerstoff verbraucht wird, eignen sich optische Sensoren für gelösten Sauerstoff besonders gut für die Überwachung bei geringen Durchflussmengen und über lange Zeiträume. Zudem entfällt die bei elektrochemischen Konstruktionen erforderliche Elektrolytwartung, obwohl das Sensorelement altern oder verschmutzen kann und unter Umständen kalibriert oder ausgetauscht werden muss.
Galvanische DO-Sensoren verwenden Elektroden, die in einen Elektrolyten eingetaucht und durch eine sauerstoffdurchlässige Membran vom Wasser getrennt sind. Der durch die Membran diffundierende Sauerstoff erzeugt einen Strom, dessen Stärke von der Sauerstoffkonzentration abhängt. Eine galvanische Gelöstsauerstoffsonde erfordert in der Regel keine externe Polarisierung vor dem Einsatz. Sie verbraucht jedoch Sauerstoff und Elektrodenmaterial, weshalb Wasserbewegung, Membranzustand, Elektrolytzustand und Wartung für konsistente Messungen von Bedeutung sind.
Polarografische Sensoren messen den Sauerstoff ebenfalls elektrochemisch, benötigen jedoch eine externe Spannung zwischen den Elektroden. Nach der Polarisation wird der resultierende Strom zur Bestimmung des gelösten Sauerstoffs herangezogen. Diese Sensoren benötigen in der Regel eine Stabilisierungsphase vor der Messung und können – wie galvanische Sonden – durch unzureichende Wasserströmung, Membranverschmutzung, Elektrolytzerfall und Temperaturänderungen beeinträchtigt werden.
Mikroelektroden-DO-Sensoren nutzen sehr kleine Messflächen, was eine schnelle Ansprechzeit und eine hohe räumliche Auflösung in der Nähe von Sedimenten, Organismen, Biofilmen oder anderen lokalen Merkmalen ermöglicht. Miniaturisierte Sensoren für gelösten Sauerstoff sind zudem dort nützlich, wo der Platz für die Nutzlast begrenzt ist. Aufgrund ihrer geringen Größe kann ein mechanischer Schutz beim Start, bei der Bergung oder beim Einsatz in der Nähe des Meeresbodens wichtig sein.
Autonome Unterwasserfahrzeuge (AUVs), ferngesteuerte Fahrzeuge (ROVs), unbemannte Oberflächenfahrzeuge (USVs), Gleiter, Profiling-Systeme und instrumentierte Bojen können alle mit DO-Sensoren ausgestattet werden. Durch die Kombination von Messungen des gelösten Sauerstoffs mit Position, Tiefe, Temperatur und Salinität lassen sich die Sauerstoffverhältnisse in einem breiteren ökologischen Kontext interpretieren. Eine genaue Kartierung hängt zudem von der Platzierung der Sensoren, ihrer Kalibrierung und der Synchronisation mit den Fahrzeugdaten ab.
Sensoren für gelösten Sauerstoff können erfassen, wie sich die Sauerstoffkonzentration je nach Standort und Tiefe verändert. In Kombination mit Leitfähigkeits-, Temperatur- und Tiefenmessungen kann eine Sonde für gelösten Sauerstoff dazu beitragen, Wassermassen zu charakterisieren und Zusammenhänge zwischen Sauerstoff und physikalisch-ozeanografischen Bedingungen zu identifizieren. Bei schnell bewegten Plattformen sollte bei der Interpretation starker Gradienten auch die Reaktionsverzögerung des Sensors berücksichtigt werden.
Küstengewässer und Flussmündungen können aufgrund von Gezeiten, Süßwasserzufluss, biologischer Aktivität und Schichtung starke Schwankungen des gelösten Sauerstoffs aufweisen. Mobile DO-Sensoren ermöglichen es unbemannten Plattformen, Messungen entlang von Transekten und durch verschiedene Wasserschichten hindurch zu erfassen, wodurch eine umfassendere räumliche Abdeckung erzielt wird als mit einem einzelnen fest installierten DO-Messgerät.
Von autonomen Plattformen getragene Sauerstoffanalysatoren können sauerstoffarme Bereiche lokalisieren, die Tiefe oder Ausdehnung hypoxischer und anoxischer Zonen bestimmen und deren zeitliche Veränderungen verfolgen. Eine hochauflösende Profilierung ist besonders nützlich, wenn sich die Sauerstoffkonzentrationen über kurze vertikale Entfernungen hinweg ändern.
Unbemannte Plattformen, die mit DO-Sonden ausgestattet sind, können die Sauerstoffverhältnisse in Fischkäfigen, Teichen, Küstengebieten und den umliegenden Gewässern erfassen, anstatt sich auf Messungen von einem einzigen Standort aus zu verlassen. Wenn ein Logger für gelösten Sauerstoff mit Tiefen- und Navigationsdaten synchronisiert wird, können Betreiber räumliche Schwankungen in der Sauerstoffverfügbarkeit identifizieren.
In Seen und Stauseen können starke Sauerstoffgradienten entstehen, wenn eine temperaturbedingte Schichtung die Durchmischung einschränkt. DO-Sensoren, die auf autonomen oder ferngesteuerten Plattformen montiert sind, können Tiefenprofile und räumliche Erhebungen effizient erfassen. Die Kombination von Messungen des gelösten Sauerstoffs mit Temperatur- und Tiefendaten kann dabei helfen, geschichtete und sauerstoffarme Bereiche zu identifizieren.
Die Überwachung des gelösten Sauerstoffs kann die Bewertung im Umfeld von Abwasserausläufen, industriellen Einleitungen und aufnehmenden Gewässern unterstützen. Mobile Plattformen mit optischen Sensoren zur Messung des gelösten Sauerstoffs können mehrere Standorte messen und dabei Tiefe und Koordinaten aufzeichnen, was dabei hilft, die räumliche Ausdehnung von Veränderungen der Wasserqualität zu charakterisieren.
Die Sauerstoffverfügbarkeit beeinflusst die Verteilung und Aktivität aquatischer Organismen. Autonome Systeme können optische Sauerstoffsensoren oder elektrochemische DO-Sensoren mit Messungen von Chlorophyll, Trübung, Temperatur, Salzgehalt und anderen Parametern kombinieren, um ein umfassenderes Bild der Lebensraumbedingungen zu liefern.
Die Entwicklung konzentriert sich zunehmend auf die Verringerung der Nutzlastgröße, die Verlängerung der Einsatzdauer und die Verbesserung der Messzuverlässigkeit. Zu den relevanten Bereichen gehören:
Diese Entwicklungen verbessern den Einsatz von Sensoren für gelösten Sauerstoff in autonomen Umweltüberwachungssystemen. Bessere Sensorabmessungen, Stabilität, Antifouling-Leistung und Datenintegration können längere Einsätze sowie eine detailliertere Charakterisierung des gelösten Sauerstoffs im Wasser ermöglichen.
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